FREEDEE BLOG

Egy új digitális mikroszkóp, holográfiát és mélytanulást használva, egyetlen vércseppben detektálja a Covid-19-et. A diagnózis helyszínen, órák vagy napok helyett pár perc alatt készül el.

A Connecticut Egyetemen fejlesztett rendszer mostoha egészségügyi ellátásban részesülő területeken, de lassú tesztekkel dolgozó kórházakban is használható. A fejlesztők elmondták, hogy a géppel afrikai, ázsiai és általában korlátozott erőforrásokkal rendelkező országokon szeretnének segíteni.

Megfizethető, hordozható és gyors megoldást akartak találni, ezért döntöttek könnyen beszerezhető, olcsó alkatrészek (kamera, lézerdióda, lencsék, CMOS képszenzor stb.) mellett. A mikroszkóp házát természetesen 3D nyomtatással készítették el.

Sok betegség módosíthatja a vörösvérsejteket. A kutatók kíváncsiak voltak, hogy a koronavírus közéjük tartozik, vagy sem. A jel nanoléptékű, alig észlelhető, de a változás ennek ellenére megtörtént – állapították meg tesztek után. Súlyos eseteknél a sejtek mérete és formája is más lett.

A digitális holografikus mikroszkópok tökéletes szerkezetek e jelenségek a kimutatására. Sejtekről készítenek képeket, sejtek osztályozhatók velük, pontos információkat szolgáltatnak betegségekről. Ideálisak biológiai mintázatok tanulmányozásához.

Felbontásuk elég nagy ahhoz, hogy sejtek morfológiáját is meg lehessen figyelni velük. Mivel a képfeldolgozás zöméhez számítógépre van szükség, könnyű kezelni. A technológiával vérminta alapján többek között maláriát, cukorbetegséget, sarlósejtes vérszegénységet azonosítottak már.

A lézerdiódából jövő fény keresztülmegy a vérsejten, amit az objektívlencsék felnagyítanak. A fény egy része az üveglap elülső, más része a hátulsó feléről verődik vissza. A fénynek így két másolata generálódik, mindkettő keresztülment a sejten. Hologram készül, amelyet képszenzor vesz fel. A hologramot számítógéppel feldolgozó technikus közreműködésével hozzák létre a minta 3D profilját. Az adatokat gépi tanulással dolgozzák fel, a sejteket mesterséges ideghálók csoportosítják, ők mondják meg, hogy ki fertőzött, ki nem.

Egyelőre nem tudni, hogy a teszt mennyire alkalmas a betegség korai jeleinek észlelésére.

Az izraeli XJet eredetileg 2018-ban mutatta be, de csak most kezdte forgalmazni a „nanorészecske-sugárzással” (nanoparticle jetting) működő 3D nyomtatóihoz fejlesztett alumínium-oxid kerámiát, amellyel tovább bővült a cég nyomtatóanyag portfoliója.

Azért döntöttek az alumínium-oxid mellett, mert széles körben használt, és folyamatosan nő a vállalat NanoParticle Jetting (NPJ) gyártótechnológiája iránti kereslet.

Az anyagot az XJet nemzetközi partnerei hónapokig tesztelték az Egyesült Államokban. A folyamatos és szigorú tesztek, és az állandó munkakommunikáció eredményeként döntöttek az alumínium-oxid kerámia bevezetéséről, terjesztéséről.

„Az alumínium-oxid a legszélesebb körben használt és a legolcsóbb ipari kerámia, tökéletes választás volt, hogy a cirkónium-oxid után ez legyen a második kerámiánk” – magyarázza Dror Danai, az XJet egyik vezetője.

Az anyag mechanikailag nagyon szilárd, rendkívül kemény, elektromosan jól szigetel, kopásálló, a hőt kiválóan vezeti, gond nélkül tűri a magas hőmérsékletet. Az alumínium- és a cirkónium oxid is ipari kerámia, mindkettő tökéletesen ellenáll a vegyszereknek, nem korrozívak, szigetelnek és masszívak. Pont e tulajdonságaik miatt hagyományos módszerekkel, mint például CNC marással, különösen szinterezés után, nehéz megmunkálni őket.

Az XJet additív gyártórendszereivel megszűntek a korábbi korlátok, a felhasználók kedvük szerint dolgozhatnak a két anyaggal, komplex geometriájú részeket, belső üregeket alakíthatnak ki a nyomatokban. Mondani sem kell, hogy hagyományos kerámiagyártó technikákkal nem lehetett ilyesmiket megvalósítani. Az oldódó segédanyagokat használó NPJ-vel hihetetlen pontos, részletesen kidolgozott nyomatok állíthatók el, döbbenetesen simára munkált felületekkel.

„Nagyon örülünk, hogy végre piacra vihettük ezt a kivételesen hasznos és értékes ipari kerámiát. Az új anyagok új távlatokat nyitnak meg lelkes és magas elvárásokat támasztó ügyfeleinknek, amelyekkel tovább bővítik üzleti lehetőségeiket” – összegez Danai.

Az amerikai Phone Skope a fényképezésből ismert digiszkópolás meghatározó vállalata. Arról az utazók körében ismert technikai műveletről van szó, amikor egy kamerával optikai távcső szemlencséjén keresztül rögzítünk képeket – például vadon élő állatokat figyelhetünk meg így.

A fotopolimer anyagaival világhírűvé vált (arizonai Phoenix- és angliai Peterborouh-székhelyű) Photocentric fontos szerepet játszik az additív gyártásban, legfrissebb újításuk a személyre szabott digiszkópos adapterek (lényegében tokok). Ezek a precíziós szerkezetek azért különlegesek, mert szinte bármelyik okostelefonhoz jók, és lehetővé teszik, hogy képeket, videókat távcsövön keresztül lássunk. A mikrobiológiától az ornitológiáig és a csillagászatig komoly érdeklődés lehet a termék iránt.

A Photocentric a utahi Merit3D szolgáltatóval közösen dolgozik, adaptereiket saját Magna printereikkel, utófeldolgozó egységeikkel drága és időigényes öntés nélkül alakítják ki.

Nincs könnyű dolguk, mert az okostelefon-piac gyorsan változik, évente jönnek ki az új modellek, és egy adapternek az összessel kompatibilisnek kell lennie. Eddig minden új modellhez öntőformát kellett kialakítani, közben viszont semmi nem garantálta a modell sikerét.

A nagyon pontos és tartós Phone Skope – azaz telefon-távcső kombó, és persze az ezeket a termékeket gyártó amerikai vállalat neve is – esetében a 3D nyomtatás tűnik ideális megoldásnak, mert rugalmasabb, nagyobbak a variációs lehetőségek.

Az adapterekhez a Photocentric műgyantáját és Studio szoftverét használták, míg a Phone Skope terv egyszerű kétrészes, cserélgethető, a legtöbb okostelefon-optika kombinációval működő rendszer. Minimális változtatásokkal, új adapter tömegesen (egyszerre 52) nyomtatható. Az árak csökkennek, a munkafolyamat rövidebb, kiváló a minőség. Nem véletlen, hogy a Phone Skope nagyon elégedett a két partnerrel.

A 3D nyomtatásnak köszönhetően, a korábban egy-két hónapos tervezés két hét alatt megoldható, és a kétezres rendelési limit is a múlté.

A szelektív lézeres szinterezés (SLS) egyik specialistája, a krakkói Sinterit technológiájával több gyógyszeripari terméket optimalizáltak már. A meleg-olvasztásos extrudálás módszerrel kombinálva, SLS nyomtatásra alkalmas porokat készítettek, amelyekből gyógyszertabletták hozhatók létre.

Polimerek széles választékát használva, a Greenwich Egyetem Innováció és Folyamattervezés Kutatóközpontjában (CIPER) legutóbb tablettákat nyomtattak. Az iparág és európai uniós kutatási programok által támogatott központban gyógyszerek adagolási formáihoz és orvosi műszerekhez használnak 3D nyomtatótechnológiákat.

A CIPER gyógyszeranyagokat tartalmazó, extrudált és granulált porok printeléséhez keresett technológiát. Fontos szempont volt, hogy a technika ne függjön nyomtatószálak (filament) fejlesztésétől.

Így találták meg a lengyel céget.

A Sinterit a bonyolult geometriájú tabletták tervezésében és nyomtatásában is segített. Lehetővé tette, hogy gyógyszer-szintű polimerekkel dolgozzanak, és más megoldásokkal kivitelezhetetlen – gyógyszert tartalmazó – tablettákat készítsenek.

Az SLS eljárással korlátlan mennyiségű, hőtanilag stabil gyógyszeralapanyag dolgozható fel. Másik előnye, hogy az adagok pontosan nyomtathatók, az ugyanabban a szakaszban készülő szerek különböző erejűek lehetnek.

Ez pedig azt jelenti, hogy a páciens szükségletei szerinti adagolással, a 3DP ismét segít a személyre szabott medicina fejlődésében.

Az egyetem 2020-ban vásárolt Sinterit rendszert, tablettáikat egy hónapon belül tervezték és nyomtatták. A könnyen használható szoftver, a drága gyógyszereknél rendkívül fontos pormennyiség egyszerű ellenőrzése is a technológia előnyeihez tartoznak. Az utófeldolgozó eszközök szintén beváltak, mert a tablettákon semmilyen felesleges por nem maradt.

Mivel a munkafolyamat lépései csökkenthetők, a technológia kifejezetten költséghatékony, az egyetem Sinterit Lisa gépén ugyanabban a szakaszban több tabletta printelhető.

Fém nyomtatóporokról nagyon sok információ áll rendelkezésre, a polimeralapúakról viszont jóval kevesebbet tudunk. A gyártási minőséhez mindkét esetben kiváló anyagokra és feldolgozó eszközökre van szükség.

A termelésre kész polimerporok egyik ismert gyártója, a holland Hosokawa Micron Csoport új feldolgozó technológiát mutatott be.

A keverők, vákuumszárítók, darálók, légosztályozók speciálisan porfeldolgozásra fejlesztett, az anyag tisztítását, miniatűr részecskék eltávolítását, a minőség optimalizálását végző szerkezetek. A nyersanyagot ezek a gépek alakítják nyomtathatóvá.

A Hosokawa, miután felmérte a nagyon jó minőségű nyomtatóporok iránti növekvő igényt, és hogy nemcsak a részecskék méretét kell csökkenteni, hanem a konzisztenciájuk növelése is kötelező, ezekhez az elvárásokhoz alakítja gépeit, technológiáit.

A nyersanyagot megfelelő állapotba kell hozni, és úgy kristályosítják és/vagy polimerizálják, hogy nagyon pontos 3D nyomtatásra alkalmas legyen. Nemcsak teljesen gömbszerűnek kell lennie, de a formáját is meg kell tartania, és a megfelelő hőfokon kell megolvadnia. A cég kúpos, lapátos keverője/szárítója (CPM/CPD) ideális e feltételek megteremtéséhez.

A polimerporokat, például poliamidokat összekeverik, 100 és 300 Celsius-fok közé melegítik fel, hogy javítsák a részecskék fizikai és vegyi tulajdonságait, mint a sűrűség vagy a stabilitás. Megerősítésükkel válik lehetővé a kristályosítás.

A keverés és a szárítás komoly kihívásokkal jár, az alkalmazások és az anyagtulajdonságok függvényében, ha szükséges, a porok hővel is kezelhetők. Technikai paraméterei és alacsony energiafogyasztása miatt az újrahasznosításra is alkalmas Nanta vákuumszárító nagyon sűrű fémekhez is ideális megoldás.

A Hosokawa Alpine CW Contraplex nitrogénhűtésű csapos malom különösen ajánlott polimerporok gyártására. A cég ATP Turboplex légosztályozója 5-150 mikron tartományban is rugalmas és pontos különbségeket tud tenni. Emellett más (TSP, TTSP) légosztályozókat is kínálnak.

A 3D épületnyomtatásban egyre fontosabb szerepet játszó austini ICON bemutatta az amerikai hadsereg texasi divíziójával közösen kivitelezett legújabb munkáját, egy több mint 350 négyzetméter alapterületű barakkot, Észak-Amerika legnagyobb printelt szerkezetét.

A kapuit még az ősz folyamán megnyitó, a Logan Architecture által tervezett barakkban összesen 72 katona szállásolható el. A nyomtatáshoz az ICON Vulcan építőtechnológiáját használták, a szerkezeti munkákat a Fort Structure végezte.

A Vulcant korábban is alkalmazták a hadiiparban, harci járműveket álcázó, elrejtő szerkezeteket nyomtattak vele, haditengerészeket tanítottak be a rendszer kezelésére.

A barakkot nemcsak saját technológiával, de saját építőanyagból is alakították ki. A cég célja az építőipar fenntarthatóbbá tétele, és közben persze a hatékonyság növelése is. Ezek a barakkok sokkal tovább – mivel betonból készültek, évtizedekig – kitartanak, mint bármelyik ideiglenes. Biztonságos és kényelmes lakóalkalmatosságok a kiképzésen, gyakorlatozáson részt vevő bakáknak.

A technológia mobilitása szintén fontos a hadsereg számára. Létfontosságú, hogy a katonáknak otthon és külföldön is gyorsan és eredményesen felépítsenek házakat, barakkokat és más szerkezeteket. Eleve úgy számolnak, hogy a jövőben ideiglenes telepeket stb. 3D nyomtatással kiviteleznek.

Az ICON elégedett az együttműködéssel, úgy látják, hogy az építőiparban paradigmaváltás veszi kezdetét, és bizakodnak, hogy technológiájuk nemcsak az USA-ban, hanem az egész világon elterjed. Megvan rá az esélyük, mert a Vulcannal humanitárius és katasztrófa utáni tevékenységekhez is gyorsan és relatíve olcsón nyomtathatnak különféle szerkezeteket. Mivel ezeknek a feladatoknak a jelentős részét katonák végzik, valószínűsíthető a cég és az amerikai hadsereg hosszútávú együttműködése.

Az amerikai Oak Ridge Nemzeti Laboratórium (ORNL) négy nyomtatott üzemanyag-szerelvénykonzolját a Tennessee-völgyben fekvő alabamai Athens atomerőművében telepítették, és állították működésbe. A gondosan letesztelt, biztonságosnak nyilvánított nyomatok és a kapcsolódó reaktorprogramban való részvétel szintlépést jelentenek az ORNL ezirányú tevékenységében.

A modulok hat évig működnek, a projektben a Tennessee-völgyi Hatóság (TVA) és az atomerőművekkel foglalkozó Framatome voltak a partnerek. A nyomtatott alkatrészekkel az atomerőművekben alkalmazott megoldásokat akarják modernizálni, a létesítmények kivitelezhetőségét igazolni, életciklusukat növelni.

Jelenleg 28 szövetségi államban 56 atomerőmű található, ami csökkenés a korai 2000-es évek csúcsához képest.

Az ORNL szerint új reaktorprogramja forradalmasítja az Egyesült Államok atomenergia-iparát, és a 3D nyomtatás fejlődésében szintén fontos előrelépés lesz, mert bebizonyosodik, hogy a technológia kritikus alkatrészek gyártására is tökéletes.

„Nyomtatott alkatrészek telepítése egy atomerőműben komoly mérföldkő. Minőségi komponensek erősen szabályozott környezetben is működnek. Az alap és az alkalmazott tudományokat egybekötő program eredményei kézzelfoghatók, látszik belőlük, hogy fejlett gyártással mennyire megváltoztatható a reaktortechnológia és az alkatrészek” – magyarázza a programot irányító Ben Betzler.

A légjármű-iparban különösen népszerű lézeres porágy-fúzióval (LPBF), fémporból készült printek az erőmű biztonságát növelő kritikus alkatrészek – a világon atomerőműben most használnak először nyomtatott komponenseket.

Kivitelezésükhöz számítógépes topográfiával optimalizáltak minden pontjukat, még a kockázatos részeket is, amelyeket aztán több szinten teszteltek. CT-szkentől mikroszkópokig, követőtechnikáktól a mesterséges intelligenciáig, több csúcstechnológiát bevetettek.

2020-ban nagy változásokon ment keresztül a 3D nyomtatóipar, a járvánnyal új lehetőségek nyíltak meg, a technológia egyre elfogadottabb és tovább demokratizálódott, megerősödött a lokális gyártás. Több szakértő szerint a Föld lakosságának tíz százalékát jelentő latin-amerikai országok sokat profitálhatnak a változásból, a 3DP használatával gyorsabban kilábalhatnak a gazdasági és egészségügyi válságból.

Az öt legerősebb gazdaság (Brazília, Mexikó, Argentína, Kolumbia, Chile) növekedési kilátásai pozitívak, az additív gyártás terjedése viszont finoman szólva is lassabb, mint a legtöbb régióban. A cégeknek nagyobb befektetéssel kell kezdeni, viszont kevés hozzá a szakember, egy 2015-ös statisztika alapján a világon AM tanulmányokat folytatók mindössze két százaléka származott a térségből (és a számok azóta sem emelkedtek drasztikusan). A fejlett technológiák gyors térnyerését a nem megfelelő kormányzati innovációs stratégiák még a területen helyi szinten élenjáró Brazíliában és Mexikóban sem támogatják.

Első lépésben a szakképzést kellene felpörgetni, amire ugyan már vannak törekvések, de ezek nem elegendők. A legelterjedtebb 3DP-technológiák mind polimer-alapúak, amelyeket főként prototípuskészítésre használnak. Ugyanakkor több fémnyomtatással (is) foglalkozó globális cég (Stratasys, EOS stb.) elkezdett érdeklődni Latin-Amerika iránt. A Stratasys Mexikói AM Csomópontja pár év alatt kétszáz százalékkal növekedett. Az ilyen szintű növekedés több gyártóvállalat számára lehet érdekes.

Talán az USA közelségével is magyarázható, hogy a régióban Mexikóban van a legtöbb professzionális és desktop 3D printer; Mexikót Brazília és Kolumbia követi. Ezekbe az országokba már meg is érkezett a HP, a Big Rep, az Ultimaker, a Formlabs stb. Helyi gyártók is megjelentek (Colibri 3D – Mexikó, makeR – Kolumbia, Trideo, Smart 3D – Argentína), többük már a nemzetközi piacon is jelen van.

Mexikóban és Argentínában konzorciumok promótálják a technológiát, és évi többmillió dollárral támogatják a szektor erősödését. Az út azonban hosszúnak tűnik, leginkább a megfelelő oktatást és a szakképzést kellene erősíteni. Úgy tűnik, az Egyesült Államok felőli beruházások is növekedni fognak, de mindezek ellenére még jó pár évre vagyunk a 3DP széleskörű latin-amerikai elterjedésétől.

Idén és jövőre az újabb anyagok, szoftverek használata és a fémalapú nyomtatás lassú térnyerése várható.

A rakétamotorokat részben 3D nyomtatással gyártó új-zélandi székhelyű Rocket Lab szerződést kötött az űrbéli gyártásban érdekelt kaliforniai Varda Space Industries-szal. A Rocket Lab három Photon űrhajót épít a Varda űrgyáraihoz, a súlytalanságban téve lehetővé a termelést. Az ott előállított darabokat az amerikai cég űrkabinjában jutnának a Földre.

A termékekkel, például optikai kábelekkel, gyógyszerészeti cuccokkal, félvezetőkkel értékes piacokat céloznak majd meg. Ez azért is lehetséges, mert a súlytalanságban gyártott eszközök jobb teljesítményt nyújtanak.

A pályára állított űrhajók adatokkal és stabilizálással támogatják a Varda 120 kilós gyártó- és visszaszállító-moduljait. Mindhárom Photonban a Rocket Lab által tervezett és gyártott alkatrészek lesznek, köztük például a printelt Curie motor is.

Az űrbéli gyártással kapcsolatos eddigi kutatások zöme a Nemzetközi Űrállomáson (ISS) történt. Ezekből tudtuk meg, hogy folyamatos mikrogravitációban remek anyagok és termékek készíthetők. Műholdakon viszont a kolosszális költségek miatt nem lehetett gyártótevékenységet folytatni. Az ember nélkül is működő Photon űrhajóval viszont lehetséges, így a Varda – elsőként a történelemben – akár tömegtermelésben is gondolkozhat.

Tényleg új lehetőségek nyílnak meg, az átlátható és konfigurálható űrhajó-platformmal újabb akadály hárul el a mini műholdak izmosodó piaca elől.

Az első Photon 2023 első negyedévében, a második valamikor 2023-ban, a harmadik 2024-ben lesz útra kész. A szerződés értelmében, a Varda negyedik űrhajóra is igényt tarthat. A tervek szerint mindegyik misszió – kilövéstől földre térésig – három hónapig tart.

A Photon más küldetésekben is érintett: a Rocket Lab a NASA Artemisz-programját (Hold) támogató CAPSTONE-ban és Mars-projektjében szintén részt vesz.

A puha robotika (soft robotics) speciális, képlékeny és alakítható gépek fejlesztésének a tudománya. Rugalmas anyagokból, például gumiból vagy szilikonból készülnek, egészségügyi és gyártóalkalmazásokban – például markoló-karokként – évek óta találkozhatunk velük.

Mivel bonyolult szerkezek köré képesek formálódni, tágulni és összehúzódni, az emberi szervezetbe a szövetkárosodás elenyésző kockázatával beültethetők. Ezért is foglalkoznak velük sokat – sebészeti eszközökként, gyógyszeradagolókként, implantátumokként egyaránt működhetnek. A viszonylag könnyen hajlítható szerkezeteket folyadékok, például víz vagy levegő működteti.

Kivitelezésükhöz egyre gyakrabban használnak 3D nyomtatást, a Harvardon például wifi és GPS segítség nélkül úszni tudó robotikus halat printeltek. Kínában olajtornyokat monitorozó, tetszés szerint egyedire alakítható puha robotot, a Maryland Egyetemen különleges, ráadásul nyílt forrású kezet nyomtattak.

A puha robotkéz azért unikum, mert tud a Nintendo Szórakoztató Rendszeren (NES) játszani. A háromujjas szerkezet a Stratasys PolyJet technológiájával készült. Mivel integrált „folyékony áramkörök” vannak benne, elektromosság helyett inkább a sűrített levegő nyomása mozgatja.

Az ujjak mozgását ezek a nyomásérzékelőkkel megtámogatott áramkörök irányítják. A mozdulatokat nyomástípusok határozzák meg. ha nincs nyomás, nem aktiválódnak az ujjak, ha alacsony, csak az első, ha közepes, akkor a középső, ha magas, akkor a harmadik is bekapcsolódik. Természetesen különböző kombinációk is beprogramozhatók.

Fejlesztői akár zongora elé iültethették volna, hogy Mozartot játszva ejtse bámulatba a nagyérdeműt, de nehezebb és célirányosabb bemutatót találtak ki neki – Kis éji zene helyett játsszon inkább Szuper Mariót!

Zongorán könnyen beállítható a tempó, és a hibákat sem büntetik meg. Videojátékokban viszont az időzítés és a szintek is változatlanok, egyetlen apró hiba, és game over.

A robotkéz már teljesítette Szuper Mario első szintjét.